Con la creciente búsqueda global de energía limpia y desarrollo sostenible, el hidrógeno, como portador de energía eficiente y limpio, se está convirtiendo gradualmente en una opción popular. Como eslabón clave en la cadena de la industria del hidrógeno, la tecnología de purificación del hidrógeno no solo contribuye a la seguridad y fiabilidad de este recurso, sino que también influye directamente en su ámbito de aplicación y sus beneficios económicos.
1. Requisitos para el hidrógeno del producto
El hidrógeno, como materia prima química y portador de energía, presenta diferentes requisitos de pureza y contenido de impurezas según el escenario de aplicación. En la producción de amoníaco sintético, metanol y otros productos químicos, para prevenir la contaminación del catalizador y garantizar la calidad del producto, es necesario eliminar previamente los sulfuros y otras sustancias tóxicas del gas de alimentación para reducir el contenido de impurezas y cumplir con los requisitos. En sectores industriales como la metalurgia, la cerámica, el vidrio y los semiconductores, el hidrógeno entra en contacto directo con los productos, por lo que los requisitos de pureza y contenido de impurezas son más estrictos. Por ejemplo, en la industria de semiconductores, el hidrógeno se utiliza en procesos como la preparación de cristales y sustratos, la oxidación, el recocido, etc., que presentan limitaciones extremadamente altas en cuanto a impurezas como oxígeno, agua, hidrocarburos pesados y sulfuro de hidrógeno.
2. El principio de funcionamiento de la desoxigenación.
Bajo la acción de un catalizador, una pequeña cantidad de oxígeno presente en el hidrógeno puede reaccionar con el hidrógeno para producir agua, logrando así la desoxigenación. La reacción es exotérmica y su ecuación es la siguiente:
2H₂+O₂ (catalizador) -2H₂O+Q
Debido a que la composición, las propiedades químicas y la calidad del catalizador en sí no cambian antes y después de la reacción, el catalizador puede usarse de forma continua sin regeneración.
El desoxidante tiene una estructura cilíndrica interna y externa, con el catalizador cargado entre ambos cilindros. El componente de calentamiento eléctrico a prueba de explosiones está instalado dentro del cilindro interno, y dos sensores de temperatura se ubican en la parte superior e inferior del empaque del catalizador para detectar y controlar la temperatura de reacción. El cilindro externo está envuelto con una capa aislante para prevenir la pérdida de calor y quemaduras. El hidrógeno crudo ingresa al cilindro interno desde la entrada superior del desoxidante, se calienta mediante un elemento calefactor eléctrico y fluye a través del lecho del catalizador de abajo a arriba. El oxígeno del hidrógeno crudo reacciona con el hidrógeno bajo la acción del catalizador para producir agua. El contenido de oxígeno en el hidrógeno que fluye por la salida inferior puede reducirse a menos de 1 ppm. El agua generada por la combinación sale del desoxidante en forma gaseosa junto con el hidrógeno, se condensa en el enfriador de hidrógeno posterior, se filtra en el separador aire-agua y se descarga del sistema.
3. Principio de funcionamiento de la sequedad.
El secado del gas hidrógeno se realiza mediante adsorción, utilizando tamices moleculares como adsorbentes. Tras el secado, el punto de rocío del gas hidrógeno puede alcanzar valores inferiores a -70 °C. El tamiz molecular es un compuesto de aluminosilicato con una red cúbica que, tras la deshidratación, forma numerosas cavidades del mismo tamaño en su interior y posee una gran superficie. Los tamices moleculares se denominan así porque pueden separar moléculas con diferentes formas, diámetros, polaridades, puntos de ebullición y niveles de saturación.
El agua es una molécula altamente polar, y los tamices moleculares tienen una fuerte afinidad por ella. La adsorción de los tamices moleculares es física, y cuando la adsorción se satura, requiere un tiempo para calentarse y regenerarse antes de poder volver a adsorberse. Por lo tanto, un dispositivo de purificación incluye al menos dos secadores, uno en funcionamiento mientras el otro se regenera, para garantizar la producción continua de gas hidrógeno con punto de rocío estable.
El secador cuenta con una estructura cilíndrica interna y externa, con el adsorbente cargado entre ambos cilindros. El componente de calentamiento eléctrico a prueba de explosiones está instalado dentro del cilindro interno, y dos sensores de temperatura se ubican en la parte superior e inferior del empaque del tamiz molecular para detectar y controlar la temperatura de reacción. El cilindro externo está envuelto con una capa aislante para prevenir la pérdida de calor y quemaduras. El flujo de aire en el estado de adsorción (incluyendo los estados de trabajo primario y secundario) y en el estado de regeneración es inverso. En el estado de adsorción, el tubo superior es la salida de gas y el tubo inferior es la entrada de gas. En el estado de regeneración, el tubo superior es la entrada de gas y el tubo inferior es la salida de gas. El sistema de secado se puede dividir en dos y tres secadores de torre según el número de secadores.
4. Proceso de dos torres
El dispositivo cuenta con dos secadores que se alternan y regeneran en un ciclo (48 horas) para garantizar el funcionamiento continuo de todo el dispositivo. Tras el secado, el punto de rocío del hidrógeno puede alcanzar valores inferiores a -60 °C. Durante un ciclo de trabajo (48 horas), los secadores A y B se encuentran en estado de funcionamiento y regeneración, respectivamente.
En un ciclo de conmutación, la secadora experimenta dos estados: estado de trabajo y estado de regeneración.
Estado de regeneración: El volumen de gas de procesamiento es completo. El estado de regeneración incluye la etapa de calentamiento y la etapa de enfriamiento por soplado.
1) Etapa de calentamiento: el calentador dentro de la secadora funciona y detiene automáticamente el calentamiento cuando la temperatura superior alcanza el valor establecido o el tiempo de calentamiento alcanza el valor establecido;
2) Etapa de enfriamiento: después de que el secador deja de calentar, el flujo de aire continúa fluyendo a través del secador en la ruta original para enfriarlo hasta que el secador cambia al modo de trabajo.
·Estado de funcionamiento: El volumen de aire de procesamiento está a plena capacidad y el calentador dentro de la secadora no está funcionando.
5. Flujo de trabajo de tres torres
Actualmente, el proceso de tres torres se utiliza ampliamente. El dispositivo cuenta con tres secadores que contienen desecantes (tamices moleculares) con gran capacidad de adsorción y buena resistencia a la temperatura. Los tres secadores alternan entre operación, regeneración y adsorción para garantizar el funcionamiento continuo de todo el dispositivo. Tras el secado, el punto de rocío del hidrógeno puede alcanzar valores inferiores a -70 °C.
Durante un ciclo de conmutación, el secador pasa por tres estados: funcionamiento, adsorción y regeneración. En cada estado, el primer secador, donde entra el hidrógeno crudo tras la desoxigenación, el enfriamiento y la filtración de agua, se encuentra:
1) Estado de funcionamiento: El volumen de gas de procesamiento está a plena capacidad, el calentador dentro del secador no está funcionando y el medio es gas hidrógeno crudo que no se ha deshidratado;
La segunda secadora que entra se encuentra en:
2) Estado de regeneración: 20 % del volumen de gas: el estado de regeneración incluye la etapa de calentamiento y la etapa de enfriamiento por soplado;
Etapa de calentamiento: el calentador dentro de la secadora funciona y detiene automáticamente el calentamiento cuando la temperatura superior alcanza el valor establecido o el tiempo de calentamiento alcanza el valor establecido;
Etapa de enfriamiento: después de que el secador deja de calentar, el flujo de aire continúa fluyendo a través del secador en el camino original para enfriarlo hasta que el secador cambia al modo de trabajo; cuando el secador está en la etapa de regeneración, el medio es gas hidrógeno seco deshidratado;
La tercera secadora que entra se ubica en:
3) Estado de adsorción: el volumen de gas de procesamiento es del 20%, el calentador en el secador no está funcionando y el medio es gas hidrógeno para la regeneración.
Hora de publicación: 19 de diciembre de 2024
